WO2014050783A1 - ブレーキ解除機構及びこれを備えた医療用マニピュレータ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a brake release mechanism for releasing braking by a brake mechanism that restricts the movement of a mechanism in which an operation to a rotary operation unit is mechanically transmitted and the operation unit is interlocked, and a medical manipulator including the brake release mechanism.
- endoscopic surgery also called laparoscopic surgery
- trocars tubular instruments
- a laparoscope camera
- a plurality of forceps are inserted into the body cavity.
- a gripper, a scissors, a blade of an electric knife, and the like are attached to the distal end portion of the forceps as an end effector for gripping a living tissue or the like.
- the operation is performed by operating the forceps while observing the inside of the abdominal cavity reflected on the monitor connected to the laparoscope. Since such an operation method does not require laparotomy, the burden on the patient is small, and the number of days until recovery and discharge from the operation is greatly reduced. For this reason, such an operation method is expected to expand the application field.
- a living tissue for example, an organ
- a living tissue for example, an organ
- the angle of the end effector is affected by this reaction force. Is suppressed from changing.
- the reaction force may change the angle of the end effector.
- the brake release mechanism is provided with a release button operated by the user.
- the present invention has been made in view of such problems, and provides a brake release mechanism that can easily and quickly release braking by a brake mechanism even with one-hand operation, and a medical manipulator having the brake release mechanism. With the goal.
- a brake release mechanism for releasing braking by a brake mechanism that restricts movement of a mechanism in which an operation to the operation unit is mechanically transmitted and the operation unit is interlocked.
- An operation to the release operation unit comprising: a release operation unit provided; and a lever mechanism at least a part of which is disposed inside the operation unit and pressed as the release operation unit moves inward. Accordingly, when the lever mechanism operates, braking by the brake mechanism is released.
- the release operation unit can be easily touched when attempting to operate the operation unit, so that braking by the brake mechanism can be easily and quickly released even by operating with one hand.
- the brake release mechanism can be configured in a compact manner, which can contribute to the reduction in size and weight of the device in which the brake mechanism is incorporated.
- the brake mechanism includes a brake rotor that is interlocked with the rotation of the operation unit, and a brake shoe that can come into contact with an outer peripheral part of the brake rotor, and A braking force is generated by pressing a brake shoe against the brake rotor, and the lever mechanism is pressed and rotated inside the operation unit as the release operation unit moves inward.
- the braking may be released by operating the brake shoe to move away from the brake rotor. According to this configuration, the brake can be released with a low operating force by appropriately setting the lever ratio of the lever mechanism.
- a pair of the lever mechanisms are provided, a plurality of release operation units are provided, and one of the lever mechanisms is based on an operation on a part of the release operation units among the plurality of release operation units.
- the other lever mechanism is operated based on an operation on the other part of the plurality of release operation units, and at least one of the pair of lever mechanisms is operated.
- the braking may be released by. According to this configuration, since either one of the lever mechanisms is actuated, the braking is released, so that the brake releasing operation can be performed more easily and reliably.
- the cam provided in one of the lever mechanisms and the cam provided in the other lever mechanism are provided at positions that overlap each other when viewed in the axial direction of the shaft portion. Also good. According to this structure, a pair of lever mechanism can be arrange
- At least one of the pair of lever mechanisms may operate, so that at least one of the cams may press the center in the width direction of the slide member provided with the brake shoe. According to this configuration, the slide member can be smoothly displaced.
- the release operation unit may be provided on the outer peripheral portion of the operation unit so as to be displaceable in the inner and outer directions. According to this configuration, the brake can be released by pressing and holding the release operation part inward, and the operation part can be rotated in that state, so that a series of operations of the brake release operation and the subsequent rotation operation are smoothly performed. be able to.
- the release operation unit is provided with a retaining portion that prevents the release operation unit from coming out from the operation unit, and the backup operation unit pushes the release operation unit outward inside the operation unit.
- a member may be provided. According to this configuration, the release operation unit at a position not corresponding to the lever does not fall off from the operation unit.
- a plurality of release operation units may be provided on the outer periphery of the operation unit at different positions in the circumferential direction. According to this configuration, since not only one release operation unit but also a plurality of release operation units are provided, the brake can be easily released simply by selecting and pressing the release operation unit that is easy for the user to hold.
- a plurality of convex portions and concave portions are alternately formed along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the operation portion, and the plurality of release operation portions may be provided in the plurality of concave portions, respectively. Good. According to this configuration, since the release operation unit is not easily pressed by simply touching the rotation operation unit, unintended brake release can be suppressed.
- the present invention is provided with a tip operating portion that can tilt with respect to the shaft at the tip of the shaft extending from the handle, and an input operation to the tilt operating portion provided on the handle is mechanically transmitted to A medical manipulator that is configured such that the distal end working unit tilts and further includes a brake release mechanism, wherein the brake release mechanism includes at least a part of the release operation unit provided in the tilt operation unit.
- a lever mechanism that is disposed inside the tilt operation unit and is pressed along with the inward movement of the release operation unit, and the lever mechanism operates in response to an operation on the release operation unit, The braking by the brake mechanism is released, and the tilting operation unit is rotatably provided on the handle, and the tilting operation unit is rotated while the release operation unit is pressed inward.
- both the release button and the tilting operation unit can be operated with one hand, and the operability can be improved.
- the braking by the brake mechanism can be easily and quickly released even by an operation with one hand. Further, according to the medical manipulator of the present invention, both the release button and the operation unit can be operated with one hand, and the operability can be improved.
- FIG. 1 is a partially omitted perspective view of a medical manipulator according to an embodiment of the present invention. It is a partial cross section side view of the handle in the medical manipulator shown in FIG. It is a perspective view of the front-end
- FIG. 1 is a partially omitted perspective view of a medical manipulator 10 (hereinafter abbreviated as “manipulator 10”) according to the present embodiment.
- the manipulator 10 is a medical device for holding a needle, a thread, or a part of a living body with a gripper 12 (end effector) provided at the tip or touching the living body to perform a predetermined treatment.
- the manipulator 10 is configured as a needle driver capable of gripping a medical needle (curved needle or the like) with a gripper 12 provided at the tip.
- the manipulator 10 includes a distal end working unit 14 (operation unit) including a gripper 12, a handle 16 that drives the gripper 12, and a shaft 18 that couples the gripper 12 and the handle 16.
- the gripper 12 is a portion for performing a surgical procedure.
- the gripper 12 includes first and second gripper members 60 and 61 and is configured to open and close based on a predetermined opening and closing operation axis.
- the tip operating unit 14 including the gripper 12 can be changed in posture with a plurality of degrees of freedom with respect to the shaft 18.
- the distal end working unit 14 tilts to the left and right with respect to the axis of the shaft 18 (swinging operation), and a “roll” that rotates around the longitudinal axis of the distal end working unit 14.
- the tilting operation may be an operation of tilting up and down with respect to the axis of the shaft 18 instead of swinging in the left-right direction.
- the shaft 18 is a long and thin tubular member, and the hollow portion receives power necessary for opening / closing the gripper 12, roll operation and tilting operation of the distal end operation unit 14 from the handle 16 side.
- a plurality of members constituting a power transmission mechanism for transmitting to the distal end working unit 14 are inserted and arranged.
- the handle 16 includes a handle body 20 including a plurality of operation units, and a drive unit 22 that is detachable from the handle body 20 and includes a motor 38.
- the motor 38 is mounted on the handle body 20 while the drive unit 22 is mounted. When driven, the driving force of the motor 38 is configured to be transmitted to the distal end working unit 14. For this reason, the manipulator body including the handle body 20, the shaft 18 and the distal end working unit 14 is discarded after being used a predetermined number of times, while the drive unit 22 is used many times by changing the connected manipulator body. Can be used.
- the handle body 20 includes a body portion 23 to which the base end of the shaft 18 is connected, a lever 24 provided on the body portion 23 and constituting an opening / closing operation portion, and a tilting wheel provided on the body portion 23 and constituting a tilt operation portion. 26 (operation unit) and a roll switch 28 provided on the body unit 23 and constituting a roll operation unit.
- the body portion 23 is a portion that is gripped by the user when the manipulator 10 is used.
- the body portion 23 is configured in a stick shape extending slightly longer in the axial direction of the shaft 18.
- the body portion 23 includes a housing 29 including an upper cover 29 a and a lower cover 29 b, and driving components such as pulleys, gears, and wires are disposed in the housing 29.
- a lever 24 for opening and closing the gripper 12 is provided at the lower portion of the body portion 23 so as to be swingable up and down with the tip side as a fulcrum.
- the lever 24 is configured as a manual operation unit, and the operation force on the lever 24 is mechanically transmitted to the gripper 12 of the tip operation unit 14, so that the gripper 12 is opened and closed.
- the gripper 12 is opened with the lever 24 opened, and the gripper 12 is closed when the lever 24 is closed.
- the tilting wheel 26 for tilting the distal end working unit 14 is provided near the center in the longitudinal direction of the body 23.
- the tilting wheel 26 is configured as a manual operation unit, and the tilting wheel 26 is partially exposed from openings 27 provided on the left and right sides of the housing 29.
- the tilting wheel 26 is rotationally operated, the operating force is mechanically transmitted to the tip operating unit 14 via the tilting power transmission system provided in the handle 16 and the shaft 18, and the tip operating unit 14 is It tilts in a non-parallel direction (left-right direction or up-down direction) with respect to the axis of the shaft 18.
- the roll switch 28 for causing the tip operating unit 14 to roll is provided on the upper portion of the body 23 near the tip.
- the roll switch 28 is configured as an electric operation unit that gives an operation command to the motor 38 via the controller 44.
- FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of the handle 16 in the manipulator 10.
- the drive unit 22 includes a housing 36, a motor 38 (drive source) disposed in the housing 36, and a drive gear 40 (pinion gear) fixed to the output shaft of the motor 38.
- the handle body 20 can be attached to and detached from the rear part.
- the drive unit 22 is connected to the controller 44 via a cable 42 including a power line and a signal line.
- the controller 44 performs power supply and drive control to the motor 38, and receives power from an external power source.
- a signal corresponding to the operation is transmitted to the controller 44, and the controller 44 controls driving of the motor 38.
- a handle-side connector 50 is provided at the rear part of the body part 23 of the handle main body 20, and a unit-side connector 52 is provided at the rear part of the drive unit 22.
- a signal corresponding to the state of the roll switch 28 is transmitted to the controller via the connector 54 and the signal line of the cable 42.
- the motor 38 mounted on the drive unit 22 is driven under the control action of the controller 44.
- the roll operation of the distal end working unit 14 is electrically driven by the motor 38, and the tilting operation and the opening / closing operation of the distal end working unit 14 are manual drive, but in a modified example of the manipulator 10
- one or both of the tilting operation and the opening / closing operation may be configured as an electric drive.
- FIG. 3 is a perspective view showing the distal end working unit 14 connected to the distal end of the shaft 18.
- FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the distal end working unit 14.
- the distal end working unit 14 includes a gripper 12 that can be opened and closed, a hollow cylindrical rotating sleeve 56 to which the gripper 12 is fixed, and an inner peripheral portion of the rotating sleeve 56 around the axis. And a distal-end fulcrum block 58 that is rotatably supported.
- the gripper 12 includes a first gripper member 60 and a second gripper member 61.
- the first gripper member 60 and the second gripper member 61 are connected by a pin 63 so as to be rotatable about the gripper axis Og.
- the first gripper member 60 and the second gripper member 61 grip a gripping target such as a needle.
- the second gripper member 61 is connected to the transmission member 64 via the pin 65a, the link member 62, and the pin 65b.
- the transmission member 64 includes a guide tube portion 64a, a flange 64b provided at the distal end of the guide tube portion 64a, and a support arm 64c extending in parallel to each other in the distal direction from the edge of the flange 64b. 56 is arranged so as to be movable in the axial direction.
- a compression spring 66 is disposed between the transmission member 64 and the rotating sleeve 56.
- One end of the compression spring 66 abuts on the flange 64b of the transmission member 64, and the other end abuts on a stepped portion 56a provided on the inner peripheral portion of the rotary sleeve 56, so that the transmission member 64 is always attached elastically in the distal direction. Rush.
- the end collar 68 is inserted into the transmission member 64 from the front end side.
- the distal end portion of the end collar 68 is configured as an engagement bulging portion 68 a that contacts and engages the distal end surface of the guide tube portion 64 a of the transmission member 64.
- the end collar 68 is fixed to the distal end of the pull wire 70 that is passed through the joint portion 17 between the distal end working portion 14 and the shaft 18.
- the pull wire 70 is a member that moves forward and backward in the shaft 18 and the distal end working unit 14 in accordance with the operation of the handle 16 on the lever 24.
- the joint portion 17 between the distal end working portion 14 and the shaft 18 has a pair of joint pins 73 and 74 disposed on the tilt axis Oy.
- the pull wire 70 which is a part of the opening / closing drive transmission unit 80, can move forward and backward in a direction intersecting the axial direction of the joint pins 73 and 74 through a gap provided between the pair of joint pins 73 and 74.
- the transmission member 64 When the pull wire 70 is displaced in the proximal direction, the transmission member 64 is pressed in the proximal direction by the end collar 68 fixed to the pull wire 70, whereby the transmission member 64 is against the urging force of the compression spring 66. Displace in the end direction. As the transmission member 64 is displaced in the proximal direction, the second gripper member 61 connected to the link member 62 is rotated in a closing direction with respect to the first gripper member 60. In FIG. 4, the second gripper member 61 in a closed state up to a position where the gripping surface 61 b of the second gripper member 61 and the gripping surface 60 b of the first gripper member 60 come into contact with each other is indicated by a virtual line.
- the transmission member is generated by the elastic force of the compression spring 66. Since 64 advances, the 1st gripper member 60 rotates in the opening direction with respect to the 2nd gripper member 61 via the link member 62, and returns to the original state. This operation is the opening / closing operation of the gripper 12.
- the gripper 12 is configured such that the first gripper member 60 is configured as a fixed portion and the second gripper member 61 is configured as a movable portion, but both gripper members may be configured as movable portions. Good.
- the pull rod 91 is a tubular member, and is inserted into the shaft 18.
- the pull wire 70 and the pull rod 91 are connected within the shaft 18 so as to be relatively rotatable about the axis and to transmit a pulling force in the proximal direction of the pull rod 91 to the pull wire 70.
- the pull wire 70 connected to the pull rod 91 is also displaced in the axial direction, whereby the gripper 12 is opened and closed. Further, when the tip operating unit 14 performs a roll operation, the pull wire 70 can rotate with respect to the pull rod 91, so that the roll operation of the tip operating unit 14 is not hindered.
- the pull rod 91 is inserted into the hollow shaft 89, and its base end protrudes from the base end of the hollow shaft 89.
- the lever 24 is pivotally connected to the body portion 23 at a position near the front end of the body portion 23 at the front end portion thereof.
- the tip of a lever rod 96 disposed below the body 23 and substantially parallel to the longitudinal direction of the body 23 is rotatably connected.
- a hook holder 116 that supports the hook member 118 is fixed to the lower portion of the body portion 23, and a compression spring 98 is disposed between the distal end surface of the hook holder 116 and the distal end enlarged diameter portion 96 a of the lever rod 96.
- the This compression spring 98 always urges the lever rod 96 elastically in the distal direction. Therefore, the lever 24 connected to the lever rod 96 is always subjected to a force in the opening direction with respect to the body portion 23 by the elastic force of the compression spring 98.
- the driving force from the lever 24 is transmitted to the pull rod 91 and the pull wire 70 that constitute the opening / closing drive transmission unit via the intermediate transmission mechanism 100.
- a state where the lever 24 is opened with respect to the body part 23 is set as an initial position.
- the pull rod 91 has advanced to a position where the gripper 12 is fully opened.
- the lever rod 96 is displaced in the proximal direction.
- the gripper 12 operates in the closing direction.
- the distal end portion of the rotating sleeve 56 is fitted and fixed to the base portion 60 c of the first gripper member 60.
- a bevel gear portion 56 c is provided at the base end of the rotating sleeve 56.
- the gripper 12, the rotation sleeve 56, the transmission member 64, the end collar 68, and the compression spring 66 are integrally rotatable with respect to the distal end side fulcrum block 58 around the roll axis Or in the longitudinal direction of the distal end working unit 14. .
- the tip side fulcrum block 58 has a hollow cylindrical shape and is provided so that its posture can be changed with respect to the axial direction of the shaft 18 and rotatably supports the rotating sleeve 56 at its inner peripheral portion.
- the protrusion extending in the circumferential direction provided on the inner periphery of the distal end side fulcrum block 58 and the annular recess 56d provided in the rotational sleeve 56 are engaged with each other so that the rotational sleeve 56 is in contact with the distal end side fulcrum block 58. It is connected so that it can rotate and cannot move in the axial direction.
- the tip side fulcrum block 58 and the shaft side fulcrum block 59 are connected to each other by joint pins 73 and 74 so as to be rotatable around the tilt axis Oy.
- the articulation pin 73, the tongue pieces 58b, 58c provided at the upper and lower portions of the distal end side fulcrum block 58, and the tongue pieces 59b, 59c provided at the upper and lower portions of the base end of the shaft side fulcrum block 59, 74 is fitted.
- the shaft side fulcrum block 59 is fixed to the tip of a hollow shaft main body 19 (see FIG. 3) that constitutes the body portion of the shaft 18.
- the shaft 18 is configured by the shaft-side fulcrum block 59 and the shaft body 19.
- the tilt axis Oy is set in the vertical direction, but may be set in another direction that intersects the axis of the shaft body 19.
- a bevel gear 86 is rotatably supported by one joint pin 73.
- the tooth portion 86 a of the bevel gear 86 meshes with a bevel gear portion 56 c provided at the proximal end of the rotating sleeve 56 and a bevel gear portion 88 a provided at the tip of the gear member 88.
- the gear member 88 is a hollow cylindrical member, and the pull wire 70 is inserted into the hollow portion.
- the roll operation of the distal end working unit 14 is performed by transmitting the driving force of the motor 38 to the distal end working unit 14 via the roll drive transmission system.
- the roll drive transmission system shown in FIG. 2 includes a motor 38, a drive gear 40 fixed to the output shaft 38a of the motor 38, a driven gear 41 meshing with the drive gear 40, and a hollow shaft to which the driven gear 41 is fixed. 89.
- the roll drive transmission system further includes a gear member 88 fixed to the tip of the hollow shaft 89, a bevel gear 86 that meshes with the gear member 88, and a rotating sleeve 56 that meshes with the bevel gear 86, as shown in FIG. 4.
- a roll drive transmission tube 131 is configured by the gear member 88 and the hollow shaft 89. Further, the roll drive transmission tube 131, the bevel gear 86, and the rotation sleeve 56 constitute a rotation drive transmission unit that transmits a rotation driving force from the handle 16 side to the distal end working unit 14 side.
- the opening / closing drive transmission unit 80 (the pull wire 70 and the pull rod 91) can appropriately transmit the opening / closing driving force to the gripper 12 with a simple configuration because the portion (pull wire 70) corresponding to the joint portion 17 has flexibility. Therefore, it is possible to realize a roll operation with an unlimited rotation range while maintaining a structure capable of opening / closing and tilting the tip operating unit 14 without complicating the mechanism of the tip operating unit 14.
- a driven pulley 90 is rotatably supported by the other joint pin 74.
- the driven pulley 90 is fixed to the inner surface of the tongue piece 58 c of the distal end side fulcrum block 58. Therefore, when the drive pulley 130 rotates, the driven pulley 90 and the distal end side fulcrum block 58 rotate integrally with respect to the shaft side fulcrum block 59.
- a wire 132 for tilting operation is wound around the driven pulley 90. A part of the wire 132 is fixed to the driven pulley 90 and is disposed up to the handle 16 side through the shaft 18.
- the distal end side fulcrum block 58 fixed to the driven pulley 90 rotates integrally with the driven pulley 90.
- the distal end working unit 14 including the distal end side fulcrum block 58, the rotation sleeve 56 and the gripper 12 rotates about the tilt axis Oy with respect to the shaft 18.
- This operation is the tilting operation of the distal end working unit 14.
- the tilting operation of the distal end working unit 14 has movable ranges on the plus side (right side) and the minus side (left side), respectively, with the state where the distal end working unit 14 is straight with respect to the shaft 18 being a neutral position (reference position).
- a drive pulley 130 that rotates in conjunction with the rotation of the tilting wheel 26 is provided in the handle body 20.
- a wire 132 for tilting operation is wound around the drive pulley 130.
- An annular space extending along the axis of the shaft 18 is provided between the outer periphery of the shaft 18 and the outer periphery of the roll drive transmission tube 131, and the wire 132 is inserted into the annular space. Then, it is wound around a driven pulley 90 (see FIG. 4 and the like) on the tip end side of the shaft 18.
- the manipulator 10 further includes a brake mechanism 134 that restricts the movement of the power transmission mechanism between the tilting wheel 26 and the distal end working unit 14 and a brake release mechanism 136 that releases the braking by the brake mechanism 134.
- FIG. 5 is a perspective view of the mechanism unit 133 provided in the handle body 20.
- FIG. 6 is an exploded perspective view of the mechanism unit 133.
- FIG. 7 is a partial cross-sectional plan view of the mechanism unit 133.
- FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the mechanism unit 133.
- the mechanism unit 133 includes a frame 138, a tilting wheel 26 rotatably attached to the frame 138, a brake mechanism 134 incorporated in the frame 138, and a brake release mechanism 136 incorporated in the frame 138.
- the mechanism unit 133 is substantially entirely disposed inside the handle body 20 except for a part.
- the frame 138 includes a tip side component 140 having a through hole 139 penetrating in the front-rear direction, and a mechanism box 142 having an internal space 141 provided behind the tip side component 140 and communicating with the through hole 139.
- the shaft 18 is inserted and fixed on the distal end side.
- the frame 138 includes a front end side component 140, a frame main body 144 that constitutes the upper wall, the rear wall, and the lower wall of the mechanism box portion 142, a right side wall plate 146 that constitutes a right side wall of the mechanism box portion 142, and a mechanism box portion. 142 and a left side wall plate 148 constituting the left side wall.
- the right side wall plate 146 and the left side wall plate 148 are fixed to the frame main body 144 by appropriate fixing means (screws 150 in the illustrated example).
- a cylindrical projection 151 provided at the tip of the frame 138 protrudes from the tip of the housing 29.
- a bearing 154 is disposed above the frame 138 via a bearing housing 152.
- the bearing housing 152 is fixed to the frame 138 by appropriate means (screws 156 in the illustrated example), and the bearing 154 is mounted inside the bearing housing 152.
- the wheel shaft portion 158 fixed to the tilting wheel 26 with the screw 156 is supported by the bearing 154. With the above configuration, the tilting wheel 26 is rotatably supported with respect to the frame 138.
- the tilting wheel 26 is rotatable about the vertical axis of the manipulator 10.
- the drive pulley 130 is coaxially connected to the tilting wheel 26 via the wheel shaft portion 158, so that the tilting wheel 26 and the drive pulley 130 rotate integrally.
- the end of the wheel shaft 158 opposite to the side on which the tilting wheel 26 is fixed is supported by another bearing 160 provided on the frame 138.
- a drive pulley 130 around which the wire 132 is wound is provided below the portion of the wheel shaft portion 158 supported by the bearing 154.
- the drive pulley 130 is disposed between the bearing 154 and the bearing 160.
- the wire 132 includes a first intermediate pulley 162 and a second intermediate pulley 164 disposed in front of the driving pulley 130, a first tension pulley 166 disposed in the rear of the driving pulley 130, and a first pulley. It is wound around a two-tension pulley 168.
- the first intermediate pulley 162 and the second intermediate pulley 164 are rotatable in the frame 138 about the axis in the direction perpendicular to the rotation axis of the drive pulley 130 (the left-right direction of the manipulator 10) in front of the drive pulley 130. Supported by The first intermediate pulley 162 and the second intermediate pulley 164 are juxtaposed in a direction perpendicular to the rotation axis of the drive pulley 130 and are arranged at different heights.
- the first tension pulley 166 and the second tension pulley 168 are arranged at a distance from each other in the left-right direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8), and the rotation axis of the drive pulley 130. It is supported so as to be rotatable about an axis in a parallel direction (vertical direction of the manipulator 10).
- the first tension pulley 166 is rotatably supported on the tip end portion of the pulley holder 171 by the pulley shaft 173.
- the second tension pulley 168 is also supported in the same manner as the first tension pulley 166.
- Two adjustment bolts 170 are provided corresponding to each of the first tension pulley 166 and the second tension pulley 168.
- the screw rod 170a of the adjustment bolt 170 is inserted from the rear through a through-hole 172 provided in the rear wall 138b of the frame 138, and the head 170b comes into contact with the rear wall 138b.
- the adjustment bolt 170 is rotated, the pulley holder 171 moves in the front-rear direction by a screwing action.
- one adjusting bolt 170 By operating one adjusting bolt 170, the position of the first tension pulley 166 supported by one pulley holder 171 is adjusted, and one side portion of the wire 132 between the driving pulley 130 and the driven pulley 90 is adjusted. The tension applied to can be adjusted. Further, by operating the other adjustment bolt 170, the position of the second tension pulley 168 supported by the other pulley holder 171 is adjusted, and the other side portion of the wire 132 between the drive pulley 130 and the driven pulley 90 is adjusted. The tension applied to can be adjusted.
- the brake mechanism 134 includes a brake rotor 174 that rotates in conjunction with the rotation of the tilting wheel 26, a brake shoe 176 that can contact the outer periphery of the brake rotor 174, a slide member 178 to which the brake shoe 176 is attached, And an elastic member 180 that elastically biases the member 178.
- the brake rotor 174 is provided on a power transmission path between the tilting wheel 26 and the distal end working unit 14, and more specifically, as shown in FIG. It is provided adjacent to the pulley 130.
- the brake rotor 174 has a disk shape, and a first gear 175A is provided on the outer peripheral portion along the circumferential direction.
- the brake shoe 176 can move forward and backward with respect to the brake rotor 174.
- a second gear 175B that can mesh with the first gear 175A is provided at a portion of the brake shoe 176 that faces the outer periphery of the brake rotor 174.
- the second gear 175 ⁇ / b> B extends in an arc shape that fits the outer peripheral portion of the brake rotor 174.
- the brake shoe 176 is an L-shaped component in the illustrated example, and is attached to the slide member 178 by a fixing means (bolt 182 in the illustrated example).
- the bolt 182 has a head 182a, a screw rod portion 182b formed with a male screw, and an intermediate portion 182c formed between the head 182a and the screw rod portion 182b.
- the screw rod portion 182b is screwed into the screw hole 179 provided in the slide member 178.
- the outer diameter of the intermediate part 182c is smaller than the outer diameter of the head part 182a and larger than the outer diameter of the screw rod part 182b.
- the intermediate portion 182c is disposed in a hole 177a provided in the mounting plate 177 of the brake shoe 176, and the mounting plate 177 is disposed between the head 182a of the bolt 182 and the slide member 178.
- the outer diameter of the intermediate portion 182c is slightly smaller than the inner diameter of the hole 177a provided in the mounting plate 177, and the axial thickness of the intermediate portion 182c is slightly larger than the thickness of the mounting plate 177. For this reason, a slight gap is provided between the outer peripheral surface of the intermediate portion 182c and the inner wall surface constituting the hole portion 177a, and between the upper surface of the mounting plate 177 and the lower surface of the head portion 182a. In this way, the brake shoe 176 is attached to the slide member 178 with some play. In other words, the brake shoe 176 is attached to the slide member 178 so as to be slightly swingable about the axis of the bolt 182 with respect to the slide member 178.
- the slide member 178 is always elastically pressed to the brake rotor 174 side by the elastic member 180 and can move forward and backward with respect to the brake rotor 174.
- the slide member 178 has a front part 184 that constitutes the front side, a rear part 186 that constitutes the rear side, and an intermediate component part 188 that connects the lower parts of the front part 184 and the rear part 186,
- a groove 190 extending in the width direction of the slide member 178 is formed by the rear surface of the front portion 184, the front surface of the rear portion 186, and the upper surface of the intermediate component portion 188.
- An insertion hole 192 that opens rearward is formed at the center in the width direction of the rear portion. One end side of the elastic member 180 is inserted into the insertion hole 192.
- pins 194 protrude from the left and right side surfaces of the slide member 178 at positions spaced apart from each other. These pins 194 are slidably inserted in the front-rear direction into elongated holes 196 formed in the right side wall plate 146 and the left side wall plate 148 of the frame 138 and extending in the front-rear direction. With this configuration, the slide member 178 can move forward and backward with respect to the brake rotor 174 integrally with the brake shoe 176 in the frame 138.
- the elastic member 180 is configured by a coil spring in this embodiment. Instead of the coil spring, other forms of springs (plate springs, torsion springs, etc.) or rubber bodies may be used.
- An insertion hole 198 of a size that allows the elastic member 180 to be inserted is provided in a rear wall 138 b that constitutes the opposite side of the brake rotor 174 with respect to the slide member 178 in the frame 138.
- a presser member 200 that holds the elastic member 180 is attached to the insertion hole 198.
- the elastic member 180 is inserted into the frame 138 through the insertion hole 198 from the rear side of the frame 138 in which the slide member 178 is disposed inside, and then the presser is pressed. By attaching the member 200 to the insertion hole 198, the elastic member 180 can be disposed in a compressed state between the pressing member 200 and the slide member 178.
- the holding member 200 is attached to the insertion hole 198 so that the compression amount of the elastic member 180 can be changed.
- a female screw part 198 a is formed on the inner peripheral part forming the insertion hole 198
- a male screw part 200 a is formed on the outer peripheral part of the pressing member 200.
- the amount of compression of the elastic member 180 changes according to the degree of screwing of the pressing member 200, whereby the pressing force of the brake shoe 176 against the brake rotor 174 can be adjusted.
- the operation of the brake mechanism 134 configured as described above will be described.
- braking force is generated by the brake shoe 176 being pressed against the brake rotor 174 based on the elastic force of the elastic member 180.
- the rotation of the brake rotor 174 is blocked, and the movement of the power transmission mechanism related to the tilting operation between the tilting wheel 26 and the tip operating unit 14 is blocked.
- the angle of the gripper 12 with respect to the shaft 18 is prevented from being changed by the reaction force from the living tissue. .
- a slide member 178 that is elastically pressed toward the brake rotor 174 side by the elastic member 180 and can move forward and backward with respect to the brake rotor 174 is provided.
- the brake shoe 176 is fixed to the slide member 178. Parts. As described above, the brake shoe 176 is not integrally molded with the component pressed against the elastic member 180 but is a component attached to the slide member 178 configured as a separate component. In this case, it is only necessary to change the brake shoe 176 without changing the slide member 178, so that it is possible to flexibly cope with a design change.
- the second gear 175B extends in an arc shape that fits the outer peripheral portion of the brake rotor 174, and the brake shoe 176 slides in a state in which it can swing slightly with respect to the slide member 178. Attached to member 178.
- the brake shoe 176 automatically changes the angle so that the first gear 175A and the second gear 175B mesh over a predetermined range in the circumferential direction. . Therefore, the brake shoe 176 is automatically aligned with respect to the brake rotor 174, and the braking force can be suitably exerted.
- the rear wall 138 b of the frame 138 is provided with an insertion hole 198 that is large enough to allow the elastic member 180 to be inserted therein, and the pressing member 200 is attached to the insertion hole 198.
- the brake release mechanism 136 includes a release button 202 (release operation unit) provided on the tilting wheel 26 and an inner side of the release button 202 disposed inside the tilting wheel 26. And a lever mechanism 204 that is pressed in accordance with the movement. When the lever mechanism 204 is operated in accordance with the inward pressing operation on the release button 202, the braking by the brake mechanism 134 is released.
- a plurality of release buttons 202 are provided on the outer peripheral portion of the tilting wheel 26 so as to protrude radially outward from the outer peripheral portion with an interval in the circumferential direction.
- nine release buttons 202 are arranged at equal intervals on the outer peripheral portion of the tilting wheel 26.
- the tilting wheel 26 has a disk part 206 with the wheel shaft part 158 fixed at the center, and a peripheral part 208 provided on the outer edge of the disk part 206 and projecting downward from the disk part 206. As shown in FIG. 8, an annular recess 210 is formed inside the peripheral edge 208. Further, as shown in FIG. 6, a plurality of (9 in the illustrated example) button holes 212 are provided in the peripheral edge portion 208 so as to penetrate in the radial direction of the tilting wheel 26 at intervals in the circumferential direction. In each of the button holes 212, the release button 202 is disposed so as to be movable in the radial direction. In the assembly process, the release button 202 is inserted from the inside of the peripheral edge 208.
- a plurality of convex portions 214 and concave portions 216 are alternately formed in the peripheral portion 208 along the circumferential direction, and a plurality of release buttons 202 are provided in the plurality of concave portions 216, respectively.
- the recess 216 in the illustrated example has an arc shape.
- a locking piece 203 protruding in substantially opposite directions is provided on one end side of the release button 202.
- the locking piece 203 functions as a retaining portion that prevents the release button 202 from slipping outward from the tilting wheel 26.
- a backup member 218 that pushes the release button 202 outward is provided inside the peripheral edge 208.
- the backup member 218 is a leaf spring that is curved in a ring shape so as to have an outer diameter larger than the inner diameter of the peripheral edge 208 in a natural state, and is disposed in the annular recess 210 of the peripheral edge 208. Then, both ends overlap to form a single ring.
- the release button 202 is pushed outward in the radial direction of the tilting wheel 26 by the backup member 218 arranged inside them. This prevents the release button 202 from falling inward from the button hole 212 formed in the peripheral edge 208 of the tilting wheel 26.
- a pair of lever mechanisms 204 are provided.
- first lever mechanism 204A one lever mechanism 204
- second lever mechanism 204B the other lever mechanism 204
- each lever mechanism 204 includes a lever 220 that is pressed and rotated inside the tilting wheel 26 as the release button 202 moves inward, and a shaft portion provided on the lever 220. 222a and 222b, and cams 224a and 224b that operate with the shaft portions 222a and 222b as fulcrums.
- the lever 220 has a curved shape along the peripheral edge 208 of the tilting wheel 26, and an arc-shaped pressed portion 221 is provided on the outer peripheral side thereof.
- the radius of curvature of the pressed portion 221 is substantially the same as or slightly smaller than the inner diameter of the backup member 218 disposed inside the peripheral portion 208.
- the lever 220 can receive a pressure from the release button 202 located outside the angle range where the pressed part 221 is formed.
- the two levers 220 have the same shape and are arranged symmetrically.
- a base portion 220a is formed on the side opposite to the side where the pressed portion 221 is formed, and the shaft portions 222a and 222b are coupled so as to protrude downward from the base portion 220a. ing.
- the two shaft portions 222a and 222b are rotatably supported by two shaft holes 225 formed in the upper wall of the frame 138, respectively.
- the shaft portions 222a and 222b coupled to the two levers 220 have different lengths.
- the shaft portion 222a of the first lever mechanism 204A is longer than the shaft portion 222b of the second lever mechanism 204B.
- the cams 224a and 224b are provided at the lower ends of the shaft portions 222a and 222b, respectively. As shown in FIG. 8, the cams 224 a and 224 b are disposed in the frame 138.
- the cam 224a provided in the first lever mechanism 204A is referred to as a “first cam 224a”
- the cam 224b provided in the second lever mechanism 204B Is referred to as "second cam 224b”.
- the first cam 224a is disposed below the second cam 224b, and the two cams 224a and 224b are provided at positions overlapping each other in plan view so as not to interfere with each other.
- the second cam 224b has a shape in which a part thereof is recessed so as not to interfere with the shaft portion 222a of the first lever mechanism 204A during operation within the movable range.
- the two cams 224 a and 224 b are arranged in a groove 190 provided in the slide member 178 in a state where the cams 224 a and 224 b are in contact with the center in the width direction of the front surface of the rear portion 186 of the slide member 178.
- the slide member 178 elastically biased toward the brake rotor 174 by the elastic member 180 presses the two cams 224a and 224b.
- the pressing force received by the cams 224a and 224b acts in a direction to open the two lever mechanisms 204.
- the first lever mechanism 204A operates based on an operation on a part of the release buttons 202 (in the state shown in FIG. 7, the release buttons 202a and 202b) of the plurality of release buttons 202, and the second lever mechanism 204B includes a plurality of release buttons 202B.
- the release button 202 is activated based on an operation on another part of the release buttons 202 (release buttons 202c and 202d in the state shown in FIG. 7). Accordingly, braking by the brake mechanism 134 is released when one of the pair of lever mechanisms 204 is operated.
- the release button 202 provided on the tilting wheel 26 is pressed inward.
- a portion of the tilting wheel 26 exposed to the opening 27 provided in the housing 29 of the handle body 20 is touched, but a plurality of release buttons 202 are provided in the circumferential direction of the outer peripheral portion of the tilting wheel 26. Is provided, the operator can reliably press the release button 202.
- the release button 202 is pressed, at least one of the two lever mechanisms 204 (specifically, the lever 220) is pressed through the backup member 218 disposed inside the tilting wheel 26.
- the cams 224a and 224b resist the elastic force of the elastic member 180 in the direction opposite to the brake rotor 174 (in the illustrated example).
- the slide member 178 is pressed and displaced rearward of the manipulator 10.
- the brake shoe 176 attached to the slide member 178 is also displaced together with the slide member 178.
- the two cams 224 a and 224 b are both in contact with the center in the width direction of the slide member 178. Accordingly, even when only one of the two lever mechanisms 204 is rotated, one of the cams 224a and 224b presses the center in the width direction of the slide member 178, so that the slide member 178 can be smoothly displaced. .
- the brake shoe 176 With the displacement of the slide member 178, the brake shoe 176 is separated from the brake rotor 174, and the brake rotor 174 becomes rotatable. That is, the brake by the brake mechanism 134 is released. Accordingly, by applying an operation force in the rotation direction to the tilting wheel 26 with the release button 202 pressed, the tilting wheel 26 can be rotated and the gripper 12 can be tilted. In this case, since the release button 202 rotates integrally with the tilting wheel 26, the rotation operation of the tilting wheel 26 can be easily performed while maintaining the state where the release button 202 is pressed inward.
- the release button 202 for releasing the brake is provided on the tilt wheel 26 for tilting the gripper 12, so that the operator of the manipulator 10 can tilt the wheel. 26, the release button 202 can be easily touched with a hand. Thereby, braking by the brake mechanism 134 can be easily and quickly released with one hand. That is, the brake release operation and the tilting wheel 26 rotation operation can be easily and reliably performed with one hand.
- the brake release mechanism 136 can be configured compactly, and the manipulator 10 in which the brake mechanism 134 is incorporated is small and lightweight. Can contribute to
- the lever mechanism 204 includes a lever 220 that is pressed and rotated inside the tilting wheel 26 as the release button 202 moves inward, and a shaft portion 222 a provided on the lever 220. 222b and cams 224a and 224b that operate with the shaft portions 222a and 222b as fulcrums, and the cams 224a and 224b operate to separate the brake shoe 176 from the brake rotor 174 in accordance with the operation on the release button 202. As a result, braking is released. Since it is configured in this manner, the brake can be released with a low operating force by appropriately setting the lever ratio of the lever mechanism 204.
- two lever mechanisms 204 are provided, and braking is released by operating one of the lever mechanisms 204, so that the brake release operation can be performed more easily and reliably.
- the release button 202 is provided on the outer peripheral portion of the tilting wheel 26 so as to be displaceable in the inner and outer directions. According to this configuration, since the brake can be released by pressing the release button 202 inward, and the rotation operation of the tilting wheel 26 can be performed in that state, the brake release operation and the subsequent rotation operation can be swallowed. Can be done smoothly.
- the release button 202 at a position not corresponding to the lever 220 falls off the tilting wheel 26. There is nothing.
- a plurality of release buttons 202 are provided on the outer peripheral portion of the tilting wheel 26 at different positions in the circumferential direction. According to this configuration, since not only one release button 202 but also a plurality of release buttons 202 are provided, the brake release operation can be performed simply by selecting and pressing the release button 202 that is easy to be held by the user.
- a plurality of convex portions 214 and concave portions 216 are alternately formed along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the tilting wheel 26, and a plurality of release buttons 202 are provided in the plurality of concave portions 216, respectively. According to this configuration, since the release button 202 is not easily pressed by simply touching the tilting wheel 26, unintended brake release can be effectively suppressed.
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Abstract
医療用マニピュレータ(10)は、ブレーキ解除機構(136)を備える。ブレーキ解除機構(136)は、傾動用ホイール(26)に設けられた解除ボタン(202)と、少なくとも一部が傾動用ホイール(26)の内側に配置され、解除ボタン(202)の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構(204)とを備える。解除ボタン(202)に対する操作に伴ってレバー機構(204)が動作することにより、ブレーキ機構(134)による制動が解除される。
Description
本発明は、回転操作部に対する操作が機械的に伝達されて動作部が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構による制動を解除するためのブレーキ解除機構及びこれを備えた医療用マニピュレータに関する。
内視鏡下外科手術(又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。)においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、これらの孔にトラカール(筒状の器具)を挿入した後、各トラカールを通して、腹腔鏡(カメラ)と複数の鉗子を体腔内に挿入する。鉗子の先端部には、エンドエフェクタとして、生体組織等を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。
腹腔鏡と鉗子を体腔内に挿入したら、腹腔鏡に接続されたモニタに映る腹腔内の様子を見ながら鉗子を操作して手術を行う。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。
内視鏡下外科手術に用いられる鉗子として、先端部に関節を持たない一般的な鉗子の他に、先端部に関節を有してエンドエフェクタのロール動作や傾動動作が可能な鉗子、いわゆる医療用マニピュレータの開発が行われている(例えば、特許第4391762号公報参照)。このような医療用マニピュレータによれば、体腔内で自由度の高い動作が可能であり、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。
ところで、傾動可能なエンドエフェクタを備えた医療用マニピュレータを用いた手術において、生体内に挿入されたエンドエフェクタで生体組織(例えば、臓器)を押す場合がある。この場合、モータ駆動によりエンドエフェクタの傾動を行うものであれば、モータの回転抵抗やギヤ等があることにより、エンドエフェクタが生体組織から反力を受けても、この反力によってエンドエフェクタの角度が変わってしまうことが抑制される。しかしながら、操作部(操作ダイヤル)を手動操作してエンドエフェクタの傾動を行うものでは、エンドエフェクタで生体組織を押した場合に、その反力でエンドエフェクタの角度が変わってしまうことがある。
これを防止するため、操作部を手で押さえることでエンドエフェクタが動かないようにすることは面倒であり、手技を円滑に行うことが困難となる。また、エンドエフェクタが反力で動かないようにするために、操作部とエンドエフェクタとの間の動力伝達経路上にウォームギヤを配置することが考えられる。しかし、ウォームギヤを用いると、エンドエフェクタの角度を変えるために操作部を何度も回す必要があり、操作に対する応答性が悪くなる。
そこで、操作部からエンドエフェクタへと動力を伝達する機構の動きを制限するブレーキ機構を設けるとともに、このブレーキ機構による制動を解除するためのブレーキ解除機構を設けることが考えられる。また、この場合、ブレーキ解除機構には、使用者によって操作される解除ボタンが設けられることとなる。
しかしながら、この構成の場合、エンドエフェクタの角度を変えるためには、解除ボタンを操作しながら、回転操作部を回転させる必要がある。このため、使用者は、エンドエフェクタの角度を変えるため、解除ボタンを一方の手で操作し、操作部を他方の手で操作する必要がある。あるいは、使用者が片手で解除ボタンと操作部の両方を操作できるように、解除ボタンを操作部の近くに配置した場合でも、片手で解除ボタンと操作部の両方を操作することは容易ではなく、操作性が悪い。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ブレーキ機構による制動を片手による操作でも簡単且つ迅速に解除することができるブレーキ解除機構及びこれを備えた医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、操作部に対する操作が機械的に伝達されて動作部が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構による制動を解除するためのブレーキ解除機構であって、前記操作部に設けられた解除操作部と、少なくとも一部が前記操作部の内側に配置され、前記解除操作部の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構と、を備え、前記解除操作部に対する操作に伴って前記レバー機構が動作することにより、前記ブレーキ機構による制動が解除されることを特徴とする。
上記の構成によれば、操作部を操作しようとする際に解除操作部に簡単に触れることができるため、ブレーキ機構による制動を片手に操作でも簡単且つ迅速に解除することができる。また、操作部に対する操作に伴って押圧されるレバーが、操作部の内側に配置されるので、ブレーキ解除機構をコンパクトに構成でき、ブレーキ機構が組み込まれる装置の小型軽量化に寄与できる。
上記のブレーキ解除機構において、前記ブレーキ機構は、前記操作部の回転に連動するブレーキロータと、前記ブレーキロータの外周部に接触可能なブレーキシューとを備え、弾性部材の弾発力に基づいて前記ブレーキシューが前記ブレーキロータに押し付けられることにより制動力が発生するものであり、前記レバー機構は、前記解除操作部の内方への移動に伴って前記操作部の内側で押圧されて回動するレバーと、前記レバーに設けられた軸部と、前記軸部を支点として動作するカムとを有し、前記解除操作部に対する操作に伴って、前記カムが、前記弾発力に抗して前記ブレーキシューを前記ブレーキロータから離間させるように動作することにより、前記制動が解除されてもよい。この構成によれば、レバー機構のレバー比を適切に設定することにより、低い操作力でブレーキ解除できる。
上記のブレーキ解除機構において、前記レバー機構は一対設けられ、前記解除操作部は複数設けられ、一方の前記レバー機構は、前記複数の解除操作部のうち一部の前記解除操作部に対する操作に基づいて作動し、他方の前記レバー機構は、前記複数の解除操作部のうち他の一部の前記解除操作部に対する操作に基づいて作動し、前記一対のレバー機構の少なくともいずれか一方が作動することにより前記制動が解除されてもよい。この構成によれば、どちらか一方のレバー機構が作動することで、制動が解除されるので、ブレーキ解除操作をより簡単且つ確実に行うことができる。
上記のブレーキ解除機構において、一方の前記レバー機構に設けられた前記カムと、他方の前記レバー機構に設けられた前記カムとは、前記軸部の軸方向から見て互いに重なる位置に設けられてもよい。この構成によれば、一対のレバー機構を狭いスペースにコンパクトに配置することができる。
上記のブレーキ解除機構において、前記一対のレバー機構の少なくともいずれか一方が作動することに伴って、前記カムの少なくとも一方が、前記ブレーキシューが設けられたスライド部材の幅方向中央を押してもよい。この構成によれば、スライド部材をスムーズに変位させることができる。
上記のブレーキ解除機構において、前記解除操作部は、前記操作部の外周部に、内外方向に変位可能に設けられてもよい。この構成によれば、解除操作部を内方に押圧把持することでブレーキを解除し、且つその状態で操作部を回転できるため、ブレーキ解除操作とその後の回転操作の一連の操作をスムーズに行うことができる。
上記のブレーキ解除機構において、前記解除操作部には、前記操作部から外方に抜け出ることを防止する抜け止め部が設けられ、前記操作部の内側に、前記解除操作部を外方に押すバックアップ部材が設けられてもよい。この構成によれば、レバーに対応しない位置にある解除操作部が操作部から脱落することがない。
上記のブレーキ解除機構において、前記操作部の外周部に、周方向の異なる位置に前記解除操作部が複数設けられてもよい。この構成によれば、解除操作部が1つだけではなく複数設けられるため、使用者が把持し易い解除操作部を選択して押圧するだけで簡単にブレーキ解除をすることができる。
上記のブレーキ解除機構において、前記操作部の外周部には、周方向に沿って凸部と凹部が交互に複数ずつ形成され、複数の前記解除操作部は複数の前記凹部にそれぞれ設けられてもよい。この構成によれば、不意に回転操作部に触れただけでは解除操作部が押圧されにくい配置となっているため、意図しないブレーキ解除を抑制できる。
また、本発明は、ハンドルから延出したシャフトの先端に、前記シャフトに対して傾動可能な先端動作部を備え、前記ハンドルに設けられた傾動操作部に対する入力操作が機械的に伝達されて前記先端動作部が傾動動作するように構成され、更にブレーキ解除機構を備えた医療用マニピュレータであって、前記ブレーキ解除機構は、前記傾動操作部に設けられた解除操作部と、少なくとも一部が前記傾動操作部の内側に配置され、前記解除操作部の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構と、を備え、前記解除操作部に対する操作に伴って前記レバー機構が動作することにより、ブレーキ機構による制動が解除され、前記傾動操作部は、前記ハンドルに回転可能に設けられ、前記解除操作部を内方に押圧した状態で前記傾動操作部を回転させることにより、前記先端動作部が傾動することを特徴とする。
この医療用マニピュレータによれば、片手で解除ボタンと傾動操作部の両方を操作することができ、操作性を向上できる。
本発明のブレーキ解除機構によれば、ブレーキ機構による制動を片手による操作でも簡単且つ迅速に解除することができる。また本発明の医療用マニピュレータによれば、片手で解除ボタンと操作部の両方を操作することができ、操作性を向上できる。
以下、本発明に係るブレーキ解除機構及び医療用マニピュレータについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る医療用マニピュレータ10(以下、「マニピュレータ10」と略称する。)の一部省略斜視図である。マニピュレータ10は、先端に設けられたグリッパ12(エンドエフェクタ)で針や糸あるいは生体の一部を把持し又は生体に触れて、所定の処置を行うための医療機器である。マニピュレータ10は、先端に設けられたグリッパ12で医療用針(湾曲針等)を把持可能なニードルドライバとして構成されている。
マニピュレータ10は、グリッパ12を含む先端動作部14(動作部)と、グリッパ12を駆動するハンドル16と、グリッパ12とハンドル16とを連結するシャフト18とを備える。グリッパ12は、外科的処置を行う部分であり、図示例では、第1及び第2グリッパ部材60、61を有し、所定の開閉動作軸を基準に開閉動作するように構成されている。
グリッパ12を含む先端動作部14は、シャフト18に対して複数の自由度で姿勢変更が可能である。本実施形態では、先端動作部14は、シャフト18の軸線に対して左右に傾動する「傾動動作」(首振り動作)と、当該先端動作部14の長手方向の軸線を中心に回転する「ロール動作」とを行うことができる。傾動動作は、左右方向への首振りに代えて、シャフト18の軸線に対して上下に傾動する動作であってもよい。
シャフト18は、長尺で細径の管状部材であり、その中空部には、グリッパ12の開閉動作、先端動作部14のロール動作及び傾動動作をするのに必要な動力を、ハンドル16側から先端動作部14に伝達するための動力伝達機構を構成する複数の部材が挿通及び配置されている。
ハンドル16は、複数の操作部を含むハンドル本体20と、ハンドル本体20に着脱可能でありモータ38を含む駆動ユニット22とを備え、ハンドル本体20に駆動ユニット22が装着された状態でモータ38が駆動した際、モータ38の駆動力が先端動作部14に伝達されるように構成される。このため、ハンドル本体20、シャフト18及び先端動作部14を含むマニピュレータ本体については、所定回数使用した後に廃棄し、一方、駆動ユニット22については、接続するマニピュレータ本体を変えて何度も使用する、という利用形態を取ることができる。
ハンドル本体20は、シャフト18の基端が連結された胴体部23と、胴体部23に設けられ開閉操作部を構成するレバー24と、胴体部23に設けられ傾動操作部を構成する傾動用ホイール26(操作部)と、胴体部23に設けられロール操作部を構成するロール用スイッチ28とを備える。
胴体部23は、マニピュレータ10の使用時に使用者が握る部分であり、本実施形態では、シャフト18の軸線方向にやや長く延在するスティック状に構成されている。胴体部23は、上部カバー29aと下部カバー29bとからなる筐体29を有し、当該筐体29内に、プーリ、歯車、ワイヤ等の駆動部品が配置される。
胴体部23の下部には、グリッパ12の開閉操作を行うためのレバー24が、その先端側を支点として上下に揺動自在に設けられる。本実施形態では、レバー24は、手動操作部として構成されており、レバー24に対する操作力が機械的に先端動作部14のグリッパ12に伝達されることで、グリッパ12の開閉動作が行われる。具体的には、レバー24を開いた状態でグリッパ12が開き、レバー24を閉じるとグリッパ12が閉じるように構成されている。
先端動作部14を傾動動作させるための傾動用ホイール26は、胴体部23の長手方向の中央付近に設けられる。当該傾動用ホイール26は、手動操作部として構成されており、筐体29の左右両側に設けられた開口27から傾動用ホイール26が部分的に露出している。傾動用ホイール26を回転操作すると、その操作力が、ハンドル16及びシャフト18内に設けられた傾動動作用の動力伝達系を介して機械的に先端動作部14に伝達され、先端動作部14がシャフト18の軸線に対して非平行な方向(左右方向又は上下方向)に傾動する。
先端動作部14をロール動作させるためのロール用スイッチ28は、胴体部23の先端寄りの上部に設けられる。本実施形態では、ロール用スイッチ28は、コントローラ44を介してモータ38に対して操作指令を与える電動操作部として構成される。
ロール用スイッチ28を押圧操作すると、押圧した位置に応じた信号が、コネクタ54及びケーブル42を介してコントローラ44に送信され、当該コントローラ44の制御作用下にモータ38が駆動し、モータ38の駆動力が先端動作部14に伝達されることで、先端動作部14が当該先端動作部14の長手方向の軸線を中心として回転する。本実施形態では、ロール用スイッチ28の右寄りの部分を押すと先端動作部14が右回りに回転し、ロール用スイッチ28の左寄りの部分を押すと先端動作部14が左回りに回転する。
図2は、マニピュレータ10におけるハンドル16の一部断面側面図である。図2に示すように、駆動ユニット22は、ハウジング36と、ハウジング36内に配置されたモータ38(駆動原)と、モータ38の出力軸に固定された駆動歯車40(ピニオンギヤ)とを有し、ハンドル本体20の後部に着脱可能である。
駆動ユニット22は、動力線及び信号線を含むケーブル42を介してコントローラ44に接続されている。コントローラ44は、モータ38への電力供給と駆動制御を行うものであり、外部電源から電力を受ける。ロール用スイッチ28を操作すると、その操作に応じた信号がコントローラ44に送信され、コントローラ44がモータ38の駆動を制御する。
駆動ユニット22をハンドル本体20の胴体部23に装着すると、モータ38の出力軸38aに固定された駆動歯車40と、胴体部23内に設けられた従動歯車41とが噛み合う。この状態で、モータ38が回転すると、モータ38の回転駆動力が、駆動歯車40と従動歯車41を介してハンドル本体20側へと伝達される。
図2に示すように、ハンドル本体20の胴体部23の後部には、ハンドル側コネクタ50が設けられ、駆動ユニット22の後部には、ユニット側コネクタ52が設けられる。ハンドル側コネクタ50とユニット側コネクタ52とが接続された状態で、ロール用スイッチ28を操作すると、当該ロール用スイッチ28の状態に対応した信号が、コネクタ54及びケーブル42の信号線を介してコントローラ44に伝送され、コントローラ44の制御作用下に、駆動ユニット22に搭載されたモータ38が駆動する。
本実施形態に係るマニピュレータ10においては、先端動作部14のロール動作のみをモータ38による電動駆動とし、先端動作部14の傾動動作及び開閉動作については手動駆動であるが、マニピュレータ10の変形例では、ロール動作だけでなく、傾動動作と開閉動作の一方又は両方についても電動駆動として構成されてもよい。
図3は、シャフト18の先端に連結された先端動作部14を示す斜視図である。図4は、先端動作部14の縦断面図である。図3及び図4に示すように、先端動作部14は、開閉動作可能なグリッパ12と、グリッパ12が固定された中空円筒状の回転スリーブ56と、内周部で回転スリーブ56を軸線回りに回転可能に支持する先端側支点ブロック58とを有する。
グリッパ12は、第1グリッパ部材60と、第2グリッパ部材61とからなる。第1グリッパ部材60と第2グリッパ部材61とは、ピン63により、グリッパ軸線Ogを中心として回転可能に連結される。第1グリッパ部材60と第2グリッパ部材61とにより、例えば針等の把持対象物が把持される。
第2グリッパ部材61は、ピン65a、リンク部材62及びピン65bを介して、伝達部材64に連結される。伝達部材64は、ガイド管部64aと、ガイド管部64aの先端に設けられたフランジ64bと、フランジ64bの縁部から先端方向に互いに平行に延出する支持アーム64cとを有し、回転スリーブ56内に軸線方向に移動可能に配置される。
伝達部材64と回転スリーブ56との間には圧縮スプリング66が配置される。圧縮スプリング66は、一端が伝達部材64のフランジ64bに当接し、他端が回転スリーブ56の内周部に設けられた段差部56aに当接し、伝達部材64を先端方向に弾性的に常時付勢する。
伝達部材64には、エンドカラー68が先端側から挿通される。エンドカラー68の先端部は、伝達部材64のガイド管部64aの先端面に当接して係合する係合膨出部68aとして構成される。エンドカラー68は、先端動作部14とシャフト18との間の関節部17に通されたプルワイヤ70の先端に固定される。
プルワイヤ70は、ハンドル16のレバー24に対する操作に応じてシャフト18内及び先端動作部14内を進退移動する部材である。先端動作部14とシャフト18との間の関節部17は、傾動軸線Oy上に配置された一対の関節ピン73、74を有する。開閉駆動伝達部80の一部であるプルワイヤ70は、一対の関節ピン73、74間に設けられた隙間を、関節ピン73、74の軸線方向と交差する方向に進退移動可能である。
プルワイヤ70が基端方向に変位すると、当該プルワイヤ70に固定されたエンドカラー68により伝達部材64が基端方向に押圧され、これにより圧縮スプリング66の付勢力に抗して、伝達部材64が基端方向に変位する。この伝達部材64の基端方向への変位に伴い、リンク部材62に連結された第2グリッパ部材61が、第1グリッパ部材60に対して閉じる方向に回動させられる。図4では、第2グリッパ部材61の把持面61bと第1グリッパ部材60の把持面60bとが接触する位置まで閉じた状態の第2グリッパ部材61が、仮想線で示されている。
第2グリッパ部材61の把持面61bと第1グリッパ部材60の把持面60bとが接触する位置まで閉じた状態から、プルワイヤ70及びエンドカラー68が前進すると、圧縮スプリング66の弾発力により伝達部材64が前進するため、リンク部材62を介して第1グリッパ部材60が第2グリッパ部材61に対して開く方向に回動し、元の状態に復帰する。この動作が、グリッパ12の開閉動作である。
なお、本実施形態において、グリッパ12は、第1グリッパ部材60が固定部として構成され、第2グリッパ部材61が可動部として構成されているが、両方のグリッパ部材が可動部として構成されてもよい。
プルワイヤ70の基端には、図2に示すプルロッド91の先端が連結されている。プルロッド91は、管状部材であり、シャフト18内に挿通配置されている。プルワイヤ70とプルロッド91とは、軸線回りに相対回転可能であり、且つプルロッド91の基端方向への引っ張り力がプルワイヤ70に伝達されるように、シャフト18内で連結されている。
このように構成されるため、プルロッド91が軸線方向に変位した際には、プルロッド91に連結されたプルワイヤ70も軸線方向に変位することにより、グリッパ12の開閉動作が行われる。また、先端動作部14がロール動作する際には、プルワイヤ70がプルロッド91に対して回転することができるため、先端動作部14のロール動作に支障がない。
図2に示すように、プルロッド91は、中空シャフト89内に挿通され、且つその基端が中空シャフト89の基端から突出する。一方、レバー24は、その先端部において、胴体部23の先端寄りの箇所で胴体部23に対して揺動可能に連結される。レバー24の先端部近傍には、胴体部23の下方に胴体部23の長手方向と略平行に配置されたレバーロッド96の先端が回動可能に連結されている。
胴体部23の下部には、フック部材118を支持するフックホルダ116が固定され、当該フックホルダ116の先端面と、レバーロッド96の先端拡径部96aとの間に、圧縮スプリング98が配置される。この圧縮スプリング98は、レバーロッド96を先端方向に弾性的に常時付勢する。従って、レバーロッド96に連結されたレバー24は、圧縮スプリング98の弾発力により、常時、胴体部23に対して開く方向の力を受ける。レバー24からの駆動力は、中間伝達機構100を介して、開閉駆動伝達部を構成するプルロッド91及びプルワイヤ70へと伝達される。
ハンドル本体20において、胴体部23に対してレバー24が開いた状態(図2参照)を初期位置とする。この初期位置では、グリッパ12が全開状態となる位置までプルロッド91が前進している。使用者がレバー24を握り、レバー24を胴体部23側に引き寄せる(レバー24を閉じる)と、レバーロッド96が基端方向へ変位する。このとき、中間伝達機構100を介してプルロッド91が基端方向に引っ張られるため、グリッパ12が閉じる方向に動作する。
次に、先端動作部14のロール動作に関連する機構について説明する。図4に示すように、回転スリーブ56の先端部は、第1グリッパ部材60の基部60cに嵌合し固着されている。回転スリーブ56の基端には、傘歯車部56cが設けられる。グリッパ12、回転スリーブ56、伝達部材64、エンドカラー68及び圧縮スプリング66は、先端動作部14の長手方向のロール軸線Orを中心として、先端側支点ブロック58に対して一体的に回転可能である。
先端側支点ブロック58は、中空円筒状であり、シャフト18の軸線方向に対して姿勢変更可能に設けられ内周部で回転スリーブ56を回転自在に支持する。先端側支点ブロック58の内周に設けられた周方向に延在する突起と、回転スリーブ56に設けられた環状凹部56dとが係合することにより、回転スリーブ56が先端側支点ブロック58に対して回転可能且つ軸線方向に移動不可能に連結される。
先端側支点ブロック58とシャフト側支点ブロック59とは、関節ピン73、74により、傾動軸線Oyを中心に互いに回動可能に連結される。先端側支点ブロック58先端の上部及び下部に設けられた舌片部58b、58cと、シャフト側支点ブロック59基端の上部及び下部に設けられた舌片部59b、59cとに、関節ピン73、74が嵌合される。シャフト側支点ブロック59は、シャフト18の胴体部分を構成する中空状のシャフト本体19(図3参照)の先端に固定される。シャフト側支点ブロック59とシャフト本体19とにより、シャフト18が構成される。傾動軸線Oyは、上下方向に設定されているが、シャフト本体19の軸線に対して交差する他の方向に設定されてもよい。
図4に示すように、一方の関節ピン73には、傘歯車86が回転自在に支持される。傘歯車86の歯部86aは、回転スリーブ56の基端に設けられた傘歯車部56cと、歯車部材88の先端に設けられた傘歯車部88aとに噛み合う。歯車部材88は、中空円筒形の部材であり、その中空部内にプルワイヤ70が挿通される。
歯車部材88が回転する際の回転力は、傘歯車86と傘歯車部56cを介して回転スリーブ56に伝達され、回転スリーブ56及びこれに固定されたグリッパ12が先端側支点ブロック58に対してロール軸線Orを中心に回転する。この動作が、先端動作部14のロール動作である。
本実施形態において、先端動作部14のロール動作は、モータ38の駆動力が、ロール駆動伝達系を介して先端動作部14に伝達されることにより行われる。当該ロール駆動伝達系は、図2に示す、モータ38と、モータ38の出力軸38aに固定された駆動歯車40と、駆動歯車40に噛み合う従動歯車41と、従動歯車41が固定された中空シャフト89とを有する。当該ロール駆動伝達系は、更に、図4に示す、中空シャフト89の先端に固定された歯車部材88と、歯車部材88と噛み合う傘歯車86と、傘歯車86と噛み合う回転スリーブ56とを備える。
本実施形態において、歯車部材88と中空シャフト89とにより、ロール駆動伝達管131が構成される。また、当該ロール駆動伝達管131と、傘歯車86と、回転スリーブ56とにより、ハンドル16側から先端動作部14側に回転駆動力を伝達する回転駆動伝達部が構成される。
駆動ユニット22がハンドル本体20に装着され、且つコントローラ44が電源に接続された状態で、図1等に示すロール用スイッチ28を押圧操作すると、モータ38が回転し、その駆動力が、駆動歯車40、従動歯車41、ロール駆動伝達管131(中空シャフト89及び歯車部材88)、傘歯車86及び回転スリーブ56を介して、先端動作部14に伝達される。これにより、先端動作部14のロール動作が行われる。このように、マニピュレータ10では、ハンドル16側から先端動作部14側への回転力の伝達を、ロール駆動伝達管131等を介して行うため、先端動作部14を無制限の回転範囲でロール動作させることができる。
開閉駆動伝達部80(プルワイヤ70及びプルロッド91)は、関節部17に対応する部分(プルワイヤ70)が可撓性を有するため、簡単な構成で、グリッパ12に開閉駆動力を適切に伝達できる。従って、先端動作部14の機構を複雑化することなく、先端動作部14の開閉動作と傾動動作を可能な構造を維持しつつ、回転範囲が無制限のロール動作を実現できる。
次に、先端動作部14の傾動動作に関連した構成について説明する。図4に示すように、他方の関節ピン74には、従動プーリ90が回転自在に支持される。従動プーリ90は、先端側支点ブロック58の舌片部58cの内面に固着される。従って、駆動プーリ130が回転する際、従動プーリ90と先端側支点ブロック58とは、一体的にシャフト側支点ブロック59に対して回動する。従動プーリ90には、傾動動作用のワイヤ132が巻き掛けられる。このワイヤ132は、一部が従動プーリ90に固定され、シャフト18内を介してハンドル16側まで配設される。
ワイヤ132によって従動プーリ90が回転駆動されると、当該従動プーリ90に固定された先端側支点ブロック58が従動プーリ90と一体的に回転する。これにより、先端側支点ブロック58、回転スリーブ56及びグリッパ12を含む先端動作部14が、シャフト18に対して傾動軸線Oyを中心として回動する。この動作が、先端動作部14の傾動動作である。先端動作部14の傾動動作は、先端動作部14がシャフト18に対して真直ぐの状態を中立位置(基準位置)として、プラス側(右側)とマイナス側(左側)にそれぞれ可動範囲を有する。
図2に示すように、ハンドル本体20内には、傾動用ホイール26の回転に連動して回転する駆動プーリ130が設けられる。駆動プーリ130には、傾動動作用のワイヤ132が巻き掛けられる。シャフト18の外周部とロール駆動伝達管131の外周部との間には、シャフト18の軸線に沿って延在する環状空間が設けられており、当該ワイヤ132は、当該環状空間内に挿通され、シャフト18の先端側で従動プーリ90(図4等参照)に巻き掛けられる。
図1及び図2に示す傾動用ホイール26を手動により回転操作すると、その操作力が駆動プーリ130に巻き掛けられたワイヤ132に伝達され、ワイヤ132が駆動される。ワイヤ132の駆動は、シャフト18の先端で、従動プーリ90の回転となって出力され、これにより、先端動作部14のシャフト18に対する傾動動作が行われる。
マニピュレータ10は、更に、傾動用ホイール26と先端動作部14との間の動力伝達機構の動きを制限するブレーキ機構134と、このブレーキ機構134による制動を解除するブレーキ解除機構136とを備える。
図5は、ハンドル本体20に設けられた機構ユニット133の斜視図である。図6は、機構ユニット133の分解斜視図である。図7は、機構ユニット133の一部断面平面図である。図8は、機構ユニット133の縦断面図である。機構ユニット133は、フレーム138と、フレーム138に回転可能に取り付けられた傾動用ホイール26と、フレーム138に内蔵されたブレーキ機構134と、フレーム138に組み込まれたブレーキ解除機構136とを有する。
機構ユニット133は、一部を除いて略全体がハンドル本体20内に配置される。フレーム138は、前後方向に貫通する貫通孔139を有する先端側構成部140と、先端側構成部140の後方に設けられ貫通孔139に連通する内部空間141を有する機構ボックス部142と、を備えた中空構造であり、先端側にシャフト18が挿入され固定される。フレーム138は、先端側構成部140、機構ボックス部142の上部壁、後部壁及び下部壁を構成するフレーム本体144と、機構ボックス部142の右側壁を構成する右側壁プレート146と、機構ボックス部142の左側壁を構成する左側壁プレート148とを有する。フレーム本体144に、右側壁プレート146と左側壁プレート148とが適宜の固定手段(図示例ではネジ150)で固定される。フレーム138の先端に設けられた円筒状突起部151が、筐体29の先端から突出する。
図8に示すように、フレーム138の上部には、軸受ハウジング152を介して軸受154が配置される。軸受ハウジング152は適宜の手段(図示例ではネジ156)によりフレーム138に固定され、当該軸受ハウジング152の内側に軸受154が装着される。軸受154により、傾動用ホイール26にネジ156で固定されたホイール軸部158が支持される。上記の構成により、フレーム138に対して傾動用ホイール26が回転可能に支持される。
本実施形態では、傾動用ホイール26は、マニピュレータ10の上下方向の軸心を中心に回転可能である。また、本実施形態では、駆動プーリ130は、傾動用ホイール26と同軸に、ホイール軸部158を介して連結されているため、傾動用ホイール26と駆動プーリ130とは一体的に回転する。
図8に示すように、ホイール軸部158の、傾動用ホイール26が固定された側とは反対側の端部は、フレーム138に設けられた別の軸受160により支持される。ホイール軸部158の、軸受154により支持される箇所よりも下方には、上述したワイヤ132が巻き掛けられた駆動プーリ130が設けられる。この駆動プーリ130は、軸受154と軸受160との間に配置される。
図8に示すように、ワイヤ132は、駆動プーリ130の前方に配置された第1中間プーリ162及び第2中間プーリ164と、駆動プーリ130の後方に配置された第1テンション用プーリ166と第2テンション用プーリ168とに巻き掛けられる。
第1中間プーリ162及び第2中間プーリ164は、駆動プーリ130の前方で、駆動プーリ130の回転軸線に対して直交する方向(マニピュレータ10の左右方向)の軸線を中心として、フレーム138に回転可能に支持される。第1中間プーリ162と第2中間プーリ164とは、駆動プーリ130の回転軸線に対して直交する方向に並設され、且つ互いに異なる高さに配置されている。
本実施形態において、第1テンション用プーリ166と第2テンション用プーリ168は、左右方向(図8の紙面に対して垂直な方向)に互いに間隔をおいて配置され、駆動プーリ130の回転軸線と平行方向(マニピュレータ10の上下方向)な軸線を中心として回転可能に支持される。具体的には、第1テンション用プーリ166は、プーリ軸173によってプーリホルダ171の先端部に回転可能に支持される。第2テンション用プーリ168についても、第1テンション用プーリ166と同様に支持される。
第1テンション用プーリ166と第2テンション用プーリ168の各々に対応して、2つの調節ボルト170が設けられる。調節ボルト170のネジ棒170aは、フレーム138の後部壁138bに設けられた貫通孔172に後方から挿通され、当該後部壁138bに頭部170bが当接する。調節ボルト170を回転させると、螺合作用によってプーリホルダ171が前後方向に移動する。
従って、一方の調節ボルト170を操作することにより、一方のプーリホルダ171に支持された第1テンション用プーリ166の位置を調整し、駆動プーリ130と従動プーリ90との間のワイヤ132の一方側部分に付与する張力を調整することができる。また、他方の調節ボルト170を操作することにより、他方のプーリホルダ171に支持された第2テンション用プーリ168の位置を調整し、駆動プーリ130と従動プーリ90との間のワイヤ132の他方側部分に付与する張力を調整することができる。
次に、ブレーキ機構134の構成を説明する。ブレーキ機構134は、傾動用ホイール26の回転に連動して回転するブレーキロータ174と、ブレーキロータ174の外周部に接触可能なブレーキシュー176と、ブレーキシュー176が取り付けられたスライド部材178と、スライド部材178を弾性的に付勢する弾性部材180とを有する。
本実施形態において、ブレーキロータ174は、傾動用ホイール26と先端動作部14との間の動力伝達経路上に設けられ、より具体的には、図8に示すように、ホイール軸部158において駆動プーリ130に隣接して設けられる。ブレーキロータ174は、円盤状であり、その外周部には、周方向に沿って第1ギヤ175Aが設けられる。
ブレーキシュー176は、ブレーキロータ174に対して進退動可能である。ブレーキシュー176の、ブレーキロータ174の外周部に対向する部分には、第1ギヤ175Aと噛合い可能な第2ギヤ175Bが設けられる。図9に示すように、第2ギヤ175Bは、ブレーキロータ174の外周部に適合する円弧状に延在する。ブレーキシュー176は、図示例ではL字状に形成された部品であり、固定手段(図示例ではボルト182)によって、スライド部材178に取り付けられる。
図10に示すように、ボルト182は、頭部182aと、雄ネジが形成されたネジ棒部182bと、頭部182aとネジ棒部182bとの間に形成された中間部182cとを有し、スライド部材178に設けられたネジ孔179にネジ棒部182bが螺合する。中間部182cの外径は、頭部182aの外径よりも小さく且つネジ棒部182bの外径よりも大きい。中間部182cがブレーキシュー176の取付プレート177に設けられた孔部177a内に配置され、取付プレート177がボルト182の頭部182aとスライド部材178との間に配置される。
中間部182cの外径は、取付プレート177に設けられた孔部177aの内径よりも僅かに小さく、且つ中間部182cの軸線方向の厚さは、取付プレート177の厚さよりも僅かに厚い。このため、中間部182cの外周面と孔部177aを構成する内壁面との間、及び、取付プレート177の上面と頭部182aの下面との間には、それぞれ僅かな隙間が設けられる。このように、ブレーキシュー176はスライド部材178に対して若干の遊びを持って取り付けられている。換言すれば、ブレーキシュー176は、スライド部材178に対して、ボルト182の軸線を中心に僅かに揺動可能な状態でスライド部材178に取り付けられている。
図8に示すように、スライド部材178は、弾性部材180によってブレーキロータ174側に弾性的に常時押圧されるとともにブレーキロータ174に対して進退可能である。
図9に示すように、スライド部材178は、前側を構成する前部184と、後ろ側を構成する後部186と、前部184と後部186の下部同士を繋ぐ中間構成部188とを有し、前部184の後面と後部186の前面と中間構成部188の上面とにより、スライド部材178の幅方向に延在する溝190が形成される。後部の幅方向中央には、後方に開口する挿入穴192が形成される。この挿入穴192に、弾性部材180の一端側が挿入される。
また、スライド部材178の左右両側面には、前後に間隔をおいた位置に、それぞれピン194が突出形成される。これらのピン194は、フレーム138の右側壁プレート146及び左側壁プレート148に形成された前後方向に延在する長孔196に、前後方向に摺動可能に挿入される。この構成より、スライド部材178は、フレーム138内で、ブレーキシュー176と一体的に、ブレーキロータ174に対して進退移動可能となっている。
弾性部材180は、本実施形態では、コイルバネにより構成される。コイルバネに代えて、他の形態のバネ(板バネ、トーションスプリング等)や、ゴム体を用いてもよい。フレーム138のうち、スライド部材178を基準としてブレーキロータ174とは反対側を構成する後部壁138bには、弾性部材180が挿通可能な大きさの挿通孔198が設けられる。挿通孔198には、弾性部材180を押える押え部材200が装着されている。
機構ユニット133の組立工程においては、図11に示すように、スライド部材178が内側に配置されたフレーム138の後方から挿通孔198を介して弾性部材180をフレーム138内に挿入し、その後、押え部材200を挿通孔198に装着することにより、押え部材200とスライド部材178との間に弾性部材180を圧縮状態で配置することができる。
押え部材200は、弾性部材180の圧縮量を変更可能に挿通孔198に装着される。本実施形態において具体的には、挿通孔198を形成する内周部には雌ネジ部198aが形成され、押え部材200の外周部には雄ネジ部200aが形成される。これにより、押え部材200は挿通孔198に螺合可能となっている。押え部材200の捻じ込み具合に応じて、弾性部材180の圧縮量が変わり、これによりブレーキロータ174に対するブレーキシュー176の押し付け力を調整することができる。
次に、上記のように構成されたブレーキ機構134の作用を説明する。ブレーキ機構134では、弾性部材180の弾発力に基づいてブレーキシュー176がブレーキロータ174に押し付けられることにより制動力が発生する。すなわち、ブレーキシュー176がブレーキロータ174に押し付けられた状態では、ブレーキロータ174の回転が阻止され、傾動用ホイール26と先端動作部14との間における傾動動作に関する動力伝達機構の動きが阻止される。従って、マニピュレータ10の使用中、生体内に挿入されたグリッパ12で生体組織(臓器等)を押した場合でも、生体組織からの反力によってグリッパ12のシャフト18に対する角度が変わることが防止される。
本実施形態の場合、弾性部材180の弾発力によりブレーキシュー176がブレーキロータ174に押し付けられた際、ブレーキロータ174に設けられた第1ギヤ175Aと、ブレーキシュー176に設けられた第2ギヤ175Bとが噛み合う。このため、ブレーキシュー176の外周部とブレーキシュー176とが共に平滑面である場合と比較して、ギヤ同士の噛み合いによる強い制動力が得られる。従って、弾性部材180の弾発力が小さくても、十分な制動力を得ることができることから、弾性部材180の弾発力に抗してブレーキを解除する際の操作力を効果的に低減することができる。従って、操作性に優れたマニピュレータ10を提供できる。
また、本実施形態の場合、弾性部材180によってブレーキロータ174側に弾性的に押圧されるとともにブレーキロータ174に対して進退可能なスライド部材178を備え、ブレーキシュー176は、スライド部材178に固定された部品である。このように、ブレーキシュー176が、弾性部材180に押圧される部品に一体成型されたものではなく、別部品として構成されたスライド部材178に取り付けられた部品であるため、ブレーキシュー176の設計変更があった場合に、スライド部材178はそのままに、ブレーキシュー176のみを変更すればよいため、設計変更に柔軟に対応できる。
更に、本実施形態の場合、第2ギヤ175Bは、ブレーキロータ174の外周部に適合する円弧状に延在し、ブレーキシュー176は、スライド部材178に対して僅かに揺動可能な状態でスライド部材178に取り付けられている。この構成により、ブレーキシュー176がブレーキロータ174に当接した際に、第1ギヤ175Aと第2ギヤ175Bとが周方向の所定範囲に亘って噛み合うようにブレーキシュー176が自動的に角度を変える。従って、ブレーキシュー176がブレーキロータ174に対して自動的に調心され、制動力を好適に発揮することができる。
本実施形態の場合、フレーム138の後部壁138bには、弾性部材180が挿通可能な大きさの挿通孔198が設けられ、当該挿通孔198に押え部材200が装着されているため、弾性部材180の組み込み及び取り外しを容易且つ迅速に行うことができる。また、挿通孔198に対する押え部材200の捻じ込みの深さを変えることで、弾性部材180の圧縮量を変え、ブレーキシュー176のブレーキロータ174に対する押し付け力を簡単に調整することができる。また、螺合構造であるため、押え部材200の位置の微調整が容易である。
一方、弾性部材180の弾発力に抗してブレーキシュー176をブレーキロータ174から離間させると、制動が解除される。すなわち、ブレーキシュー176がブレーキロータ174から離間した状態では、ブレーキロータ174の回転が阻止されないため、傾動用ホイール26とグリッパ12との間における傾動動作に関する動力伝達機構の動きが阻止されることがない。従って、傾動用ホイール26を回転操作することにより、その動力がグリッパ12に伝わり、グリッパ12の傾動動作が行われる。
次に、ブレーキ解除機構136の構成を説明する。図7及び図8に示すように、ブレーキ解除機構136は、傾動用ホイール26に設けられた解除ボタン202(解除操作部)と、傾動用ホイール26の内側に配置され解除ボタン202の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構204とを有する。解除ボタン202に対する内方への押圧操作に伴ってレバー機構204が動作することにより、ブレーキ機構134による制動が解除される。
解除ボタン202は、傾動用ホイール26の外周部に、当該外周部から径方向外方に突出する状態で、周方向に間隔をおいて複数設けられる。本実施形態では、傾動用ホイール26の外周部に、9つの解除ボタン202が等間隔に配置されている。
傾動用ホイール26は、ホイール軸部158が中心に固定された円盤部206と、円盤部206の外端縁に設けられ円盤部206よりも下方に突出した周縁部208とを有する。図8に示すように、周縁部208の内側には、環状凹部210が形成される。また、図6に示すように、周縁部208には、周方向に間隔をおいて複数の(図示例では9個)のボタン孔212が、傾動用ホイール26の径方向に貫通して設けられ、これらのボタン孔212の各々に、解除ボタン202が径方向に移動可能に配置される。組立工程において、解除ボタン202は、周縁部208の内側から挿入される。周縁部208には、周方向に沿って凸部214と凹部216が交互に複数ずつ形成され、複数の解除ボタン202は、複数の凹部216にそれぞれ設けられる。図示例の凹部216は円弧状である。
解除ボタン202の一端側には、互いに略反対方向に突出した係止片203が設けられる。係止片203は、解除ボタン202が傾動用ホイール26から外方に抜け出ることを防止する抜け止め部として機能する。周縁部208の内側には、解除ボタン202を外方に押すバックアップ部材218が設けられる。本実施形態において、バックアップ部材218は、自然状態で周縁部208の内径よりも大きい外径を有するようにリング状に湾曲した板バネであり、周縁部208の環状凹部210内に配置された状態では、両端部が重なって単一の輪を形成する。
解除ボタン202は、それらの内側に配置されたバックアップ部材218により傾動用ホイール26の径方向外方に押される。これにより、解除ボタン202が傾動用ホイール26の周縁部208に形成されたボタン孔212から内方に脱落することが防止される。
図6、図7及び図12に示すように、本実施形態において、レバー機構204は、一対設けられる。以下、レバー機構204を互いに区別して説明する場合には、一方のレバー機構204を「第1レバー機構204A」と呼び、他方のレバー機構204を「第2レバー機構204B」と呼ぶ。
図12に示すように、各レバー機構204は、解除ボタン202の内方への移動に伴って傾動用ホイール26の内側で押圧されて回動するレバー220と、レバー220に設けられた軸部222a、222bと、軸部222a、222bを支点として動作するカム224a、224bとを有する。レバー220は傾動用ホイール26の周縁部208に沿って湾曲した形状を有し、その外周側には円弧状の被押圧部221が設けられる。被押圧部221の曲率半径は、周縁部208の内側に配置された状態のバックアップ部材218の内径と略同じか、僅かに小さい。レバー220は、被押圧部221が形成された角度範囲で、その外側に位置する解除ボタン202からの押圧を受けることができる。2つのレバー220は、同一形状で、左右対称に配置されている。
図12に示すように、レバー220において、被押圧部221が形成された側とは反対側には基部220aが形成され、当該基部220aから軸部222a、222bが下方に突出するように結合されている。2つの軸部222a、222bは、フレーム138の上部壁に形成された2つの軸孔225にそれぞれ回転可能に支持されている。2つのレバー220に結合された軸部222a、222bは、互いに長さが異なっている。本実施形態では、第1レバー機構204Aの軸部222aが、第2レバー機構204Bの軸部222bよりも長い。
各軸部222a、222bの下端には、それぞれカム224a、224bが設けられる。図8に示すように、カム224a、224bは、フレーム138内に配置される。以下、2つのカム224a、224bを互いに区別して説明する場合には、第1レバー機構204Aに設けられたカム224aを「第1カム224a」と呼び、第2レバー機構204Bに設けられたカム224bを「第2カム224b」と呼ぶ。
図12に示すように、第1カム224aは第2カム224bよりも下方に配置され、2つのカム224a、224bは、互いに干渉しないように、平面視で互いに重なる位置に設けられる。また、第2カム224bは、その可動範囲内での動作時に第1レバー機構204Aの軸部222aと干渉しないように一部が凹んだ形状を有する。この構成により、第1レバー機構204Aと第2レバー機構204Bの軸部222a、222b同士を近接して配置しても、カム224a、224b同士が干渉することがない。従って、一対のレバー機構204を狭いスペースにコンパクトに配置することができる。
図7に示すように、2つのカム224a、224bは、スライド部材178の後部186の前面の幅方向中央に当接した状態で、スライド部材178に設けられた溝190内に配置される。解除ボタン202が押圧操作されていない状態では、弾性部材180によって弾性的にブレーキロータ174側に向かって付勢されたスライド部材178が、2つのカム224a、224bを押圧する。カム224a、224bが受けた押圧力は、2つのレバー機構204を開く方向に作用する。
第1レバー機構204Aは、複数の解除ボタン202のうち一部の解除ボタン202(図7に示す状態では、解除ボタン202a、202b)に対する操作に基づいて作動し、第2レバー機構204Bは、複数の解除ボタン202のうち他の一部の解除ボタン202(図7に示す状態では、解除ボタン202c、202d)に対する操作に基づいて作動する。従って、一対のレバー機構204のいずれか一方が作動することによりブレーキ機構134による制動が解除されるようになっている。
次に、上記のように構成されたブレーキ解除機構136の作用を説明する。ブレーキ機構134による制動を解除するには、傾動用ホイール26に設けられた解除ボタン202を内方に押圧操作する。この場合、傾動用ホイール26のうち、ハンドル本体20の筐体29に設けられた開口27から露出した部分に触れることになるが、傾動用ホイール26の外周部の周方向に複数の解除ボタン202が設けられていることにより、操作者は確実に解除ボタン202を押圧することができる。そして、解除ボタン202を押圧すると、傾動用ホイール26の内側に配置されたバックアップ部材218を介して、2つのレバー機構204(具体的にはレバー220)の少なくとも一方が押圧される。
この場合、例えば、ハンドル16の右側から露出した解除ボタン202を押圧操作した場合には、第1レバー機構204Aのレバー220が押圧されて、レバー220が軸部222aを中心として内方に回動する。ハンドル16の左側から露出した解除ボタン202を押圧操作した場合には、第2レバー機構204Bのレバー220が押圧されて、レバー220が軸部222bを中心として内方に回動する。また、ハンドル16の右側から露出した解除ボタン202と、ハンドル16の左側から露出した解除ボタン202の両方を内方に押圧操作した場合には、第1レバー機構204Aのレバー220と第2レバー機構204Bのレバー220が両方とも押されて内方に回動する。
第1レバー機構204Aと第2レバー機構204Bの一方又は両方の回動に伴って、カム224a、224bは、弾性部材180の弾性力に抗して、ブレーキロータ174とは反対方向(図示例でマニピュレータ10の後方)にスライド部材178を押圧し変位させる。スライド部材178の変位に伴って、スライド部材178に取り付けられたブレーキシュー176もスライド部材178と一体となって変位する。この場合、2つのカム224a、224bは、いずれもスライド部材178の幅方向中央に接触する。これにより、2つのレバー機構204のうち一方のみが回動した場合でも、カム224a、224bのいずれか一方がスライド部材178の幅方向中央を押すため、スライド部材178をスムーズに変位せることができる。
スライド部材178の変位に伴って、ブレーキシュー176がブレーキロータ174から離間し、ブレーキロータ174が回転可能な状態となる。すなわち、ブレーキ機構134による制動が解除された状態となる。従って、解除ボタン202を押圧した状態で、傾動用ホイール26に回転方向の操作力を加えることで、傾動用ホイール26を回転させ、グリッパ12を傾動動作させることができる。この場合、解除ボタン202は、傾動用ホイール26と一体的に回転するため、解除ボタン202を内方に押した状態を維持しながら、傾動用ホイール26の回転操作を簡単に行うことができる。
このように、ブレーキ解除機構136によれば、グリッパ12を傾動動作させるための傾動用ホイール26に、ブレーキを解除するための解除ボタン202が設けられるため、マニピュレータ10の操作者は、傾動用ホイール26を操作する手で解除ボタン202に簡単に触れることができる。これにより、ブレーキ機構134による制動を片手で簡単且つ迅速に解除することができる。すなわち、ブレーキの解除操作と傾動用ホイール26の回転操作を片手で簡単且つ確実に行うことができる。
また、解除ボタン202に対する操作に伴って押圧されるレバー220が、傾動用ホイール26の内側に配置されるので、ブレーキ解除機構136をコンパクトに構成でき、ブレーキ機構134が組み込まれるマニピュレータ10の小型軽量化に寄与できる。
本実施形態の場合、レバー機構204は、解除ボタン202の内方への移動に伴って傾動用ホイール26の内側で押圧されて回動するレバー220と、レバー220に設けられた軸部222a、222bと、軸部222a、222bを支点として動作するカム224a、224bとを有し、解除ボタン202に対する操作に伴って、カム224a、224bがブレーキシュー176をブレーキロータ174から離間させるように動作することにより、制動が解除される。このように構成されるため、レバー機構204のレバー比を適切に設定することにより、低い操作力でブレーキを解除できる。
本実施形態の場合、2つのレバー機構204が設けられ、どちらか一方のレバー機構204が作動することで、制動が解除されるので、ブレーキ解除操作をより簡単且つ確実に行うことができる。
また、本実施形態の場合、解除ボタン202は、傾動用ホイール26の外周部に、内外方向に変位可能に設けられる。この構成によれば、解除ボタン202を内方に押圧することでブレーキを解除し、且つその状態で傾動用ホイール26の回転操作を行うことができるため、ブレーキ解除操作とその後の回転操作を淀みなくスムーズに行うことができる。
更に、本実施形態の場合、解除ボタン202を外方に押すバックアップ部材218が傾動用ホイール26の内側に設けられるため、レバー220に対応しない位置にある解除ボタン202が傾動用ホイール26から脱落することがない。
本実施形態の場合、傾動用ホイール26の外周部に、周方向の異なる位置に解除ボタン202が複数設けられる。この構成によれば、解除ボタン202が1つだけではなく複数設けられるため、使用者が把持し易い解除ボタン202を選択して押圧するだけで簡単にブレーキ解除操作を行うことができる。
本実施形態の場合、傾動用ホイール26の外周部には、周方向に沿って凸部214と凹部216が交互に複数ずつ形成され、複数の解除ボタン202は複数の凹部216にそれぞれ設けられる。この構成によれば、不意に傾動用ホイール26に触れただけでは解除ボタン202が押圧されにくい配置となっているため、意図しないブレーキ解除の発生を効果的に抑制できる。
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
Claims (10)
- 操作部(26)に対する操作が機械的に伝達されて動作部(14)が連動する機構の動きを制限するブレーキ機構(134)による制動を解除するためのブレーキ解除機構(136)であって、
前記操作部(26)に設けられた解除操作部(202)と、
少なくとも一部が前記操作部(26)の内側に配置され、前記解除操作部(202)の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構(204、204A、204B)と、を備え、
前記解除操作部(202)に対する操作に伴って前記レバー機構(204、204A、204B)が動作することにより、前記ブレーキ機構(134)による制動が解除される、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項1記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記ブレーキ機構(134)は、前記操作部(26)の回転に連動するブレーキロータ(174)と、前記ブレーキロータ(174)の外周部に接触可能なブレーキシュー(176)とを備え、弾性部材(180)の弾発力に基づいて前記ブレーキシュー(176)が前記ブレーキロータ(174)に押し付けられることにより制動力が発生するものであり、
前記レバー機構(204、204A、204B)は、前記解除操作部(202)の内方への移動に伴って前記操作部(26)の内側で押圧されて回動するレバー(220)と、前記レバー(220)に設けられた軸部(222a、222b)と、前記軸部(222a、222b)を支点として動作するカム(224a、224b)とを有し、
前記解除操作部(202)に対する操作に伴って、前記カム(224a、224b)が、前記弾発力に抗して前記ブレーキシュー(176)を前記ブレーキロータ(174)から離間させるように動作することにより、前記制動が解除される、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項2記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記レバー機構(204A、204B)は一対設けられ、
前記解除操作部(202)は複数設けられ、
一方の前記レバー機構(204A)は、前記複数の解除操作部(202)のうち一部の前記解除操作部(202)に対する操作に基づいて作動し、
他方の前記レバー機構(204B)は、前記複数の解除操作部(202)のうち他の一部の前記解除操作部(202)に対する操作に基づいて作動し、
前記一対のレバー機構(204A、204B)の少なくともいずれか一方が作動することにより前記制動が解除される、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項3記載のブレーキ解除機構(136)において、
一方の前記レバー機構(204A)に設けられた前記カム(224a)と、他方の前記レバー機構(204B)に設けられた前記カム(224b)とは、前記軸部(222a、222b)の軸方向から見て互いに重なる位置に設けられる、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項4記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記一対のレバー機構(204A、204B)の少なくともいずれか一方が作動することに伴って、前記カム(224a、224b)の少なくとも一方が、前記ブレーキシュー(176)が設けられたスライド部材(178)の幅方向中央を押す、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項1記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記解除操作部(202)は、前記操作部(26)の外周部に、内外方向に変位可能に設けられる、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項6記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記解除操作部(202)には、前記操作部(26)から外方に抜け出ることを防止する抜け止め部(203)が設けられ、
前記操作部(26)の内側に、前記解除操作部(202)を外方に押すバックアップ部材(218)が設けられる、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項1記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記操作部(26)の外周部に、周方向の異なる位置に前記解除操作部(202)が複数設けられる、
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - 請求項8記載のブレーキ解除機構(136)において、
前記操作部(26)の外周部には、周方向に沿って凸部(214)と凹部(216)が交互に複数ずつ形成され、複数の前記解除操作部(202)は複数の前記凹部(216)にそれぞれ設けられる
ことを特徴とするブレーキ解除機構(136)。 - ハンドル(16)から延出したシャフト(18)の先端に、前記シャフト(18)に対して傾動可能な先端動作部(14)を備え、前記ハンドル(16)に設けられた傾動操作部(26)に対する入力操作が機械的に伝達されて前記先端動作部(14)が傾動動作するように構成され、更にブレーキ解除機構(136)を備えた医療用マニピュレータ(10)であって、
前記ブレーキ解除機構(136)は、
前記傾動操作部(26)に設けられた解除操作部(202)と、
少なくとも一部が前記傾動操作部(26)の内側に配置され、前記解除操作部(202)の内方への移動に伴って押圧されるレバー機構(204、204A、204B)と、を備え、
前記解除操作部(202)に対する操作に伴って前記レバー機構(204、204A、204B)が動作することにより、ブレーキ機構(134)による制動が解除され、
前記傾動操作部(26)は、前記ハンドル(16)に回転可能に設けられ、
前記解除操作部(202)を内方に押圧した状態で前記傾動操作部(26)を回転させることにより、前記先端動作部(14)が傾動する、
ことを特徴とする医療用マニピュレータ(10)。
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